操作系统引导探究

操作系统引导过程是计算机启动时的关键步骤，涉及到计算机硬件初始化、BIOS（基本输入输出系统）功能、引导程序的加载以及操作系统内核的加载等多个环节。以下是详细的解释： 1. **计算机启动流程**： - 当计算机电源键被按下，主板接收到电信号，供电系统开始工作，为系统提供电力，并通知BIOS准备就绪。 - BIOS执行POST（加电自检），检查硬件设备是否正常，如内存、CPU、磁盘控制器等。 - POST完成后，BIOS读取其内部的配置信息，确定引导设备的顺序。 - BIOS依次尝试从设定的驱动器中寻找引导扇区，即包含有效引导程序的磁盘。 2. **引导程序的理解**： - 引导程序通常位于磁盘的第一个扇区（0磁头，0磁道，1扇区），大小为512字节，其结尾的两个字节必须是"55 AA"，这是识别引导扇区的标识。 - BIOS将引导扇区加载到内存的0x0000:0x7c00处，如果检测到"55 AA"，则认为该磁盘可引导。 - 引导程序的主要任务是加载操作系统的核心部分到内存中，以便后续执行。 3. **读取磁盘扇区**： - 为了加载操作系统，引导程序需要通过某种方式读取磁盘内容。这可以通过直接访问磁盘I/O端口或者使用BIOS中断实现。 - 直接访问I/O端口的方法灵活但复杂，而通过BIOS中断相对简单，但可能受到一些限制，如不能将数据读取到内存的特定区域（中断向量表所在区域）。 4. **BIOS中断处理**： - 中断处理是CPU响应外部或内部事件的方式。中断向量表存储在内存的0x00000~0x003FF处，包含了每个中断服务程序的地址。 - CPU在加电时，最初的1MB内存由BIOS预先管理，其中0x00000~0x003FF用于中断向量表，不能被覆盖。 5. **BIOS 13号中断**： - 读取磁盘扇区主要依赖于BIOS的13号中断。在调用此中断前，需要设置相关寄存器，如： - AH寄存器：设置为2，表示选择读磁盘功能。 - DL寄存器：设置为要读取的驱动器号。 - CH寄存器：设置为要读取的磁头号。 - CL寄存器：设置为要读取的起始扇区号。 - AL寄存器：设置为要读取的扇区数量。 6. **引导程序加载内核**： - 引导程序在读取并校验完磁盘上的操作系统核心部分后，会将控制权转移给操作系统内核。 - 内核进一步初始化系统环境，加载驱动程序，分配资源，最终进入用户空间，准备执行用户程序。 整个引导过程是操作系统运行的基石，理解这一过程有助于我们更好地理解和调试系统启动问题，以及进行低级别的系统编程。